SE508725C2

SE508725C2 - Local oscillator

Info

Publication number: SE508725C2
Application number: SE9304225A
Authority: SE
Inventors: Bjoern Lundqvist; Bjoern Lofter
Original assignee: Ericsson Telefon Ab L M
Priority date: 1993-12-21
Filing date: 1993-12-21
Publication date: 1998-11-02
Also published as: SE9304225L; EP0660507A1; EP0660507B1; US5697089A; SE9304225D0; DE69423197T2; DE69423197D1

Abstract

A device for generating a first (LO1) and a second (LO2) signal in a receiver for reception of a number of radio frequency signals. The first signal is mixed in a first mixer (1) with the received radio frequency signals in order to create an intermediate frequency signal is which subsequently mixed with the second signal in a second mixer (2). A first oscillator (PLL3) generates a signal which, after frequency multiplication in a frequency multiplier (5), constitutes the first signal (LO1), the frequency of which can be changed in a number of frequency steps. A second oscillator (PLL2) generates the second signal (LO2), the frequency of which also can be changed in a number of frequency steps. The magnitude of the frequency steps by which the first signal can be changed is a multiple of the frequency steps by which the second signal can be changed.

Description

20 25 30 35 508 725 2 En fast multiplikator innebär emellertid att varje frek- vensförändring som görs i lokaloscillatorn kommer att multipliceras med en viss faktor. För givna kanalavstånd innebär detta att lokaloscillatorns frekvens måste kunna ställas in i ndndre steg än i fallet utan fast multi- plikator. Detta innebär i sin tur att lokaloscillatorns inlåsningstid.vid frekvensförflyttningxnellan.olika kanaler kommer att öka i motsvarande omfattning. Kanalavstånd och inlåsningstid står nämligen i motsatsförhållande till varandra. 20 25 30 35 508 725 2 However, a fixed multiplier means that each frequency change made in the local oscillator will be multiplied by a certain factor. For given channel distances, this means that the frequency of the local oscillator must be able to be set in a lower step than in the case without a fixed multiplier. This in turn means that the lock-in time of the local oscillator.in the case of frequency transfer x different.an different channels will increase to a corresponding extent. Channel distance and lock-in time are in contrast to each other.

Lokaloscillatorer för nmttagare av typen dubbel super- heterodyn är givetvis tidigare kända. Det amerikanska patentet US 4,49l,976 är ett exempel på en sådan anordning.Local oscillators for receivers of the double super-heterodyne type are of course previously known. U.S. Patent 4,491,976 is an example of such a device.

Patentet beskriver emellertid inte några åtgärder för att minska inlåsningstiden för lokaloscillatorn utan behandlar oscillatorns temperaturstabilisering.However, the patent does not describe any measures to reduce the locking time of the local oscillator but deals with the temperature stabilization of the oscillator.

Den brittiska patentansökan GB 2 171 570 beskriver också en lokaloscillatoranordning för en dubbel superheterodyn mottagare. För generering av lokaloscillatorsignaler till de två blandarna finns två oscillatorer som är faslâsta till en gemensanlreferensoscillator. Genom att i respektive oscillatorloop ingår frekvensdelare vars delningstal kan varieras kan oscillatorfrekvenserna för de två oscillato- rerna styras. Denna styrmöjlighet utnyttjas i den beskrivna anordningen för att genom olika kombinationer av lokal- oscillatorfrekvenser undvika icke önskade blandnings- produkter som kan förorsaka interferens. Patentansökan berör dock inte problematiken kring inlåsningstiden vid snabba växlingar mellan närliggande frekvenser. Ändamålet med föreliggande uppfinning är därför att för en dubbel superheterodyn mottagare tillhandahålla en lokal- oscillatoranordning som ger korta inlåsningstider vid frekvensförändringar i samband med växling av mottagning 10 15 20 25 30 35 508 725 3 mellan olika radiokanaler även då frekvensavståndet mellan kanalerna är litet.British patent application GB 2 171 570 also describes a local oscillator device for a dual superheterodyne receiver. For generating local oscillator signals to the two mixers, there are two oscillators which are phase-locked to a common reference oscillator. By including frequency dividers in each oscillator loop, the division numbers of which can be varied, the oscillator frequencies for the two oscillators can be controlled. This control option is used in the described device to avoid unwanted mixing products which can cause interference through different combinations of local oscillator frequencies. However, the patent application does not concern the problem of the lock-in time in the event of rapid changes between adjacent frequencies. The object of the present invention is therefore to provide for a double superheterodyne receiver a local oscillator device which provides short locking times in case of frequency changes in connection with switching of reception between different radio channels even when the frequency distance between the channels is small.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ovannämnda syfte uppnås genom en anordning enligt före- liggande uppfinning, vars kännetecken framgår av efter- följande patentkrav 1.DISCLOSURE OF THE INVENTION The above object is achieved by a device according to the present invention, the features of which appear from the following claim 1.

FIGURBESKRIVNING Figur 1 visar ett lokaloscillatorarrangemang enligt känd teknik Figur 2 visar en utföringsform av enx lokaloscillator- anordning enligt uppfinningen.DESCRIPTION OF THE FIGURES Figure 1 shows a local oscillator arrangement according to the prior art. Figure 2 shows an embodiment of a local oscillator device according to the invention.

FÖREDRAGEN UTFöRINGsFoRM Uppfinningen skall i det följande beskrivas i form av ett utföringsexempel. För att underlätta förståelsen av upp- finningens funktion skall dock inledningsvis en lokal- oscillatoranordning enligt känd teknik beskrivas med hänvisning till figur 1.PREFERRED EMBODIMENT The invention will be described in the following in the form of an exemplary embodiment. However, in order to facilitate the understanding of the function of the invention, a local oscillator device according to the prior art will initially be described with reference to Figure 1.

Figur 1 visar två seriekopplade blandare 1 (MIX 1) och 2 (MIX 2), i en dubbel superheterodynmottagare. Mellan blandarna kan filter- och förstärkningsanordningar (ej visade) vara placerade. Bandbredden för dessa anordningar är anpassade till frekvensavståndet mellan de radiokanaler sonx mottagaren är avsedd för. En anordning 3 för att generera lokaloscillatorsignaler till blandarnalomfattar en första oscillator 6 (PLL), en frekvensmultiplikator 5 (MULT) och en andra oscillator 4 (OSC) med fast frekvens.Figure 1 shows two series-connected mixers 1 (MIX 1) and 2 (MIX 2), in a double superheterodyne receiver. Filter and amplification devices (not shown) can be placed between the mixers. The bandwidth of these devices is adapted to the frequency distance between the radio channels for which the sonx receiver is intended. An apparatus 3 for generating local oscillator signals to mixers includes a first oscillator 6 (PLL), a frequency multiplier 5 (MULT) and a second fixed frequency oscillator 4 (OSC).

Frekvense n för den första oscillatorn 6 kan varieras med hjälp av en styrsignal från en frekvensstyrenhet (ej visad) ansluten till styringången 7. 10 15 20 25 30 35 508 725 4 En mottagen högfrekvent signal är ansluten till signal- ingången 8 och blandas i den första blandaren 1 næd en första lokaloscillatorsignal L01. L01 utgörs av utsignalen från oscillatorn 6 efter att denna signal frekvensmulti- Skälet till önskade plicerats k gånger i multiplikatorn 5. frekvensmultipliceringen kan vara att den lokaloscillatorsignalens frekvens är så hög att det inte är direkt faslåst spänningsstyrd oscillator. möjligt att generera denna med en Utsignalen från den första blandaren 1, som utgör en mellanfrekvent signal vars frekvens normalt är lägre än den mottagna signalens, tillförs efter eventuell filtrering och förstärkning den andra blandaren 2. I denna blandare blandas den mellanfrekventa signalen med en andra lokal- oscillatorsignal L02 som utgörs av utsignalen från den andra oscillatorn 4. Utsignalen från den andra blandningen är ansluten till utgången 9.The frequency n of the first oscillator 6 can be varied by means of a control signal from a frequency control unit (not shown) connected to the control input 7. A received high frequency signal is connected to the signal input 8 and is mixed in it. the first mixer 1 reaches a first local oscillator signal L01. L01 consists of the output signal from the oscillator 6 after this signal has been multiplied by the frequency multiplier. It is possible to generate this with an output signal from the first mixer 1, which constitutes an intermediate frequency signal whose frequency is normally lower than that of the received signal, is supplied after possible filtering and amplification to the second mixer 2. In this mixer the intermediate frequency signal is mixed with a second local - oscillator signal L02 which consists of the output signal from the second oscillator 4. The output signal from the second mixture is connected to the output 9.

Den första oscillatorn 6 omfattar en referensoscillator och en spänningstyrd oscillator vars utsignals frekvens efter frekvensdelning jämförs med referensoscillatorns frekvens.The first oscillator 6 comprises a reference oscillator and a voltage-controlled oscillator whose output frequency after frequency division is compared with the frequency of the reference oscillator.

Referensoscillatorns frekvens kan före jämförelsen också frekvensdelas. Resultatet av jämförelsen - frekvens- skillnaden - får utgöra en felsignal som styr den spänningsstyrda oscillatorns frekvens. Den loop som därigenom bildas kommer att faslåsa den spänningsstyrda oscillatorns neddelade frekvens till referensoscillatorns (neddelade) frekvens. Genom att ändra de tal med vilket frekvensdelningen sker kan således den spänningsstyrda oscillatorns frekvens ändras. Den spänningsstyrda oscillatorns utsignal utgör även utsignalen från den första oscillatorn 6.The frequency of the reference oscillator can also be frequency divided before the comparison. The result of the comparison - the frequency difference - may be an error signal that controls the frequency of the voltage-controlled oscillator. The loop thus formed will phase lock the divided frequency of the voltage controlled oscillator to the (divided) frequency of the reference oscillator. By changing the numbers with which the frequency division takes place, the frequency of the voltage-controlled oscillator can thus be changed. The output signal of the voltage controlled oscillator also constitutes the output signal from the first oscillator 6.

Då den nu beskrivna anordningen utnyttjas i en mottagare där mottagning skall ske på ett antal på förhand kända och 10 15 20 25 30 35 508 725 5 fastställda kanaler med närliggande frekvenser, gäller följande: Om frekvensavståndet mellan två närliggande kanaler är Af (eller multiplar av Af) måste den första oscillatorns 6 "kanalavstånd" vara Af/k. En tumregel som används vid konstruktion av faslåsta loopar är att deras loopband- bredden (BW) skall vara mindre än en tiondel av kanal- avståndet. om inte denna regel följs ökar risken för spurioser och att oscillatorn låser in till fel kanal.When the device now described is used in a receiver where reception is to take place on a number of pre-known and predetermined channels with adjacent frequencies, the following applies: If the frequency distance between two adjacent channels is Af (or multiples of Af) the "channel distance" of the first oscillator 6 must be Af / k. A rule of thumb used in the construction of phase-locked loops is that their loop bandwidth (BW) should be less than one tenth of the channel distance. if this rule is not followed, the risk of spurios increases and the oscillator locks into the wrong channel.

Detta ger sambandet BW < (Af/k)/10 ...(A) För sambandet mellan loopens insvängningstid t och loop- bandbredd finns en annan tumregel nämligen t = 3/Bw ...(3) Sammanställs uttrycken A och B erhålls t > 30-k/Af ...(c> Uttrycket C innebär således att det för ett givet kanal- avstånd finns en kortast möjlig inlåsningstid och att vid små kanalavstånd insvängningstiderna blir mycket stora.This gives the relationship BW <(Af / k) / 10 ... (A) For the relationship between the loop's swing-in time t and the loop bandwidth, there is another rule of thumb, namely t = 3 / Bw ... (3) The expressions A and B are obtained t> 30-k / Af ... (c> The expression C thus means that for a given channel distance there is the shortest possible lock-in time and that at small channel distances the turn-in times become very large.

I figur 2 visas en utföringsform av uppfinningen. De i denna anordning ingående delarna vars funktioner motsvarar de i samband med figur 1 beskrivna har åsatts samma referensnummer som i figur 1. Lokaloscillatorn 10 omfattar enligt uppfinningen två oscillatorer ll (PLL 3) och 12 (PLL 2) som båda kan vara av samma utförande som den tidigare beskrivna oscillatorn 6, det vill säga en faslåst till en referensoscillator och vars frekvens kan varieras genom spänningsstyrd oscillator som är 10 15 20 25 30 35 508 725 6 ändring av det tal med vilket frekvensen delas före faslåsningen. Frekvensen för oscillatorerna 11 och 12 kan styras individuellt med den till styringången 7 anslutna styrsignalen. I lokaloscillatorn 10 ingår liksom i. den tidigare beskrivna anordningen 3 en multiplikator (5) som multiplicerar oscillatorns 11 frekvens med talet k.Figure 2 shows an embodiment of the invention. The parts included in this device whose functions correspond to those described in connection with Figure 1 have been assigned the same reference number as in Figure 1. According to the invention, the local oscillator 10 comprises two oscillators 11 (PLL 3) and 12 (PLL 2) which can both be of the same design. as the previously described oscillator 6, i.e. a phase locked to a reference oscillator and whose frequency can be varied by voltage controlled oscillator which is changing the number by which the frequency is divided before the phase lock. The frequency of the oscillators 11 and 12 can be controlled individually with the control signal connected to the control input 7. As in the previously described device 3, the local oscillator 10 includes a multiplier (5) which multiplies the frequency of the oscillator 11 by the number k.

Enligt uppfinningen ändras vid kanalbyte frekvensen för såväl oscillatorn 11 (L01) som frekvensen för oscillatorn 12 (LO2). L01 ändras därvid i förhållandevis stora steg medan L02 ändras i små steg varigenom bandbredden för de mellan blandarna placerade filter- och! förstärknings- anordningarna behöver ökas. Den möjliga frekvensändringen för oscillatorn 12 antas motsvara frekvensskillnaden för n kanaler. Kanalavståndet antas liksonxtidigare var Af vilket innebär att frekvensen för oscillatorn 12 (och L02) kan ändras i steg lika med Af. Detta innebär att L01 endast behöver ändras i steg om n-Af eftersom "fininställningen" sker med oscillatorn 12 och L02. Den motsvarande frekvens- förändringen för oscillatorn 11 blir då n-Af/k.According to the invention, when changing channels, the frequency of both the oscillator 11 (L01) and the frequency of the oscillator 12 (LO2) changes. L01 is then changed in relatively large steps while L02 is changed in small steps whereby the bandwidth of the filter and! the reinforcement devices need to be increased. The possible frequency change of the oscillator 12 is assumed to correspond to the frequency difference of n channels. The channel distance is assumed to be equal to Af once, which means that the frequency of the oscillator 12 (and L02) can be changed in steps equal to Af. This means that L01 only needs to be changed in steps of n-Af because the "fine tuning" takes place with the oscillator 12 and L02. The corresponding frequency change for the oscillator 11 then becomes n-Af / k.

Om loopbandbredden för oscillatorerna 11 och 12 antas vara lika med BW blir i analogi med härledningen av uttrycket C insvängningstiden t' för oscillatorn 12 t' > 30/Af ...(D) och insvängningstiden t" för oscillatorn 11 t" > 30-k/(n-Af) ...(E).If the loop bandwidth of the oscillators 11 and 12 is assumed to be equal to BW, by analogy with the derivation of the expression C, the oscillation time t 'for the oscillator 12 t'> 30 / Af ... (D) and the oscillation time t "for the oscillator 11 t"> 30- k / (n-Af) ... (E).

Frekvensfelet för hela mottagaren är summan av felen för L01 och L02. Eftersom LOl:s frekvens är högre än L02:s är felet i LO1:s frekvens det dominerande. Felbidraget från L02 kan därför försummas. Detta betyder att för lokal- oscillatoranordningenenligtuppfinningenhæstämssambandet 508 725 7 mellan insvängningstid och kanalavstånd genom uttrycket E.The frequency error for the whole receiver is the sum of the errors for L01 and L02. Since LO1's frequency is higher than L02's, the error in LO1's frequency is the dominant one. The error contribution from L02 can therefore be neglected. This means that for the local oscillator device according to the invention the high-speed connection 508 725 7 between the oscillation time and the channel distance through the expression E.

Jämförs detta uttryck med uttrycket C kan man konstatera att genom uppfinningen har den kortast möjliga insväng- ningstiden vid ett givet kanalavstånd reducerats med en faktor n.If this expression is compared with the expression C, it can be stated that by means of the invention the shortest possible oscillation time at a given channel distance has been reduced by a factor n.

Uppfinningen är ej begränsad till de ovan nämnda utförings- formerna utan kan varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven.The invention is not limited to the above-mentioned embodiments but can be varied within the scope of the following claims.

Claims

10 15 20 25 30 35 40 508 725 PATENT CLAIMS

A device for, in a receiver arranged for receiving signals with frequencies within the microwave range or higher, reducing the loading times of a local oscillator device by changing the frequency of the local oscillator device in connection with switching reception between different receiver channels, said receiver comprising a first receiver. mixer (1) arranged to mix a first signal (L01) with the received signals to thereby form an intermediate frequency signal, and a second mixer (2) arranged to mix a second signal (L02) with said intermediate frequency signal characterized in that: said receiver is arranged to receive predetermined channels where the frequency distance between the channels is a certain value (Af) or multiples of the determined value, and that said device comprises: - a first oscillator (PLL3) arranged to generate an oscillator signal ; - a frequency multiplier (5) arranged to frequency multiply said oscillator signal so as to thereby create said first signal (L01), the frequency of which can be changed in a number of frequency steps; a second oscillator (PLL2) arranged to generate said second signal (L02), the frequency of which can be changed stepwise, the steps with which the frequency can be changed correspond to the determined value (Af) between the channels and where the magnitude of the frequency steps' with which the first signal can be changed constitutes a multiple of the frequency steps with which the second signal can be changed.

Device according to claim 1, characterized in that the time required to switch frequencies for reception on different channels is mainly determined by the weigh-in time (t ") of the first oscillator (II).

Device according to Claim 1 or 2, characterized in that at least one of either the first oscillator (PLL3) or the second oscillator (PLL2) consists of a voltage-controlled oscillator whose frequency is phase-locked to the frequency of a reference oscillator.

Device according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the frequency of the received radio frequency signals is higher than the intermediate frequency signal.